嵌段共聚物自组装结构中缺陷的动力学研究
作者单位：宁夏大学
学位级别：硕士
导师姓名：杨涛;李卫华
授予年度：2020年
学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学]
摘 要：集成电路的进步和发展对微结构的精度提出了更高的要求,传统的光刻技术已难以满足工艺上的需求。嵌段共聚物体系中“自下而上的诱导自组装技术,是获得各种微观目标结构模板（5-100nm）的有效方法,近年来得到了广泛关注,被认为是最有潜力同时也是最有可能实现的新一代纳米刻蚀技术的解决方案。作为典型的软物质,嵌段共聚物体系极易受热涨落的影响而使自组装相结构富含缺陷。对缺陷的产生、湮灭以及演化机制的研究对获得目标结构意义重大。迄今为止,大多数理论研究主要关注自组装的相结构,对软物质体系中缺陷的研究还比较欠缺。基于此,本论文关注嵌段共聚物体系中缺陷的动力学行为,重点分析缺陷的运动机理和缺陷间相互作用机制。论文第一章主要介绍研究背景和方法。第二章用含时金兹堡朗道理论研究了 AB体系成核分相过程,研究了分离强度Aφ、噪声Ar以及外场强度∧x/y对体系成核分相的影响,给出了合适的模拟参数:fA=0.4,Aφ=1.24,∧x=0.01、∧y=0.002,Ar=0.004。由于自组装过程受热涨落的影响,相结构中往往含有缺陷结构,但缺陷的运动各不相同,所以在第三章首先考察了单个缺陷演化受Aφ、Ar以及∧x/y的影响情况,发现当Aφ增加会导致缺陷固定不再运动,其原因是分离强度增加了嵌段间相互作用,小组分被压缩固定使缺陷位置不再发生变化,同时小组分的圆柱结构的半径增加,密度增大;A,和Ax/y对单个缺陷的运动影响不明显,但噪声过大会破坏体系的有序度,外场过大使得边界处圆柱结构被拉伸或挤压。与硬物质中刃型位错运动相比,嵌段共聚物体系中缺陷的运动有两类:攀移和滑移。攀移,缺陷的运动方向垂直于滑移面,每运动一层,总的圆柱会减少一个,同时缺陷的运动速度几乎匀速,随着5度缺陷中心的消失,晶格结构只需要做微小调整就可以得到有序结构,即缺陷攀移过程中需要克服的能量势垒较小;滑移,运动方向沿着滑移面,在滑移过程中总圆柱数保持不变,缺陷的运动主要靠滑移面上各圆柱相互推挤实现,但这一过程伴随着缺陷两边晶格的调整导致滑移受到的阻力大,滑移缺陷需要克服更大的能垒才能完成运动,故滑移运动较为缓慢。缺陷运动到上下边界时多余半原子面无法很快消除导致缺陷在边界处长时间停留,这与硬物质中的情况相反。第四章讨论了缺陷演化过程中的相互作用情况。按反应前后构型,可以分为缺陷湮灭和缺陷产生,而发生相互作用需要满足反应条件:（1）矢量守恒条件:缺陷反应前后柏氏矢量相等,即∑bbefore=∑bafter;（2）能量降低条件:反应后位错总能量小于反应前位错总能量,即∑|b|before2≥∑|b|after2。随后,我们简单给出了三维空间受限下可以通过引入诱导图案得到如BCC、FCC和HCP等有序结构,这为后续研究空间球状相结构的成核分相行为（即空间受限内如何成核）提供样本。第五章给出结论。本论文主要研究二维薄膜受限下嵌段共聚物自组装中的五七缺陷结构,通过对AB体系的成核分相过程、单个缺陷运动演化受哪些因素影响以及缺陷运动机制、两缺陷间相互作用情况以及后期三维空间受限下体系成核分相行为进行研究,给出了缺陷演化的内在机理和空间成核机制,可以为软物质体系中缺陷的理论和实验研究提供指导。
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